Peristaltische pomp in het laboratorium: kalibratie, tubing-keuze en pulsatie

De peristaltische pomp is in het laboratorium de eerste keuze voor het transport en de dosering van vloeistoffen wanneer contact tussen medium en pompmechanisme uitgesloten moet zijn. Toch bepalen drie technische parameters het praktische succes van elke opstelling: de kalibratie van het debiet, de keuze van de slang en de beheersing van de pulsatie. In dit artikel wordt elk van deze drie behandeld op het niveau dat een analist, procesoperator of onderzoeker in het lab in de praktijk nodig heeft. Voor een overzicht van alle pomptypen zie het artikel peristaltische pomp en slangenpomp voor het laboratorium; hier gaan we op onderdelen dieper in.

Wat is een peristaltische pomp?

Een peristaltische pomp is een roterende positieve-verdringingspomp. De rotor draait continu in één richting en duwt daarmee vloeistof van de aanzuigzijde naar de perszijde; het volume dat per omwenteling wordt verplaatst, ligt mechanisch vast door de geometrie van de slang en de pompkop. Dit plaatst de peristaltische pomp in dezelfde categorie als tandwiel-, schroef- en membraanpompen, maar onderscheidt haar fundamenteel van centrifugaalpompen.

Bij een centrifugaalpomp wordt vloeistof door centrifugaalkracht versneld via een waaier; het debiet daalt sterk bij toenemende tegendruk en de pomp kan niet droogdraaien. Een peristaltische pomp levert bij toenemende tegendruk een nagenoeg constant debiet tot de slangwand bezwijkt of de motor overbelast raakt, is zelfaanzuigend en heeft geen contact tussen het pompmechanisme en het medium. Voor laboratoriumtoepassingen waarbij nauwkeurige dosering, steriliteit of chemische resistentie vereist zijn, is de peristaltische pomp om die redenen de eerste keuze boven een centrifugaalpomp.

Binnen de positieve-verdringerspompen onderscheidt de peristaltische pomp zich doordat zij geen inwendige afdichtingen, kleppen of zuigers heeft die in contact komen met het medium. Het enige onderdeel dat het medium raakt, is de vervangbare slang. Dit maakt haar bij uitstek geschikt voor agressieve chemicaliën, steriele vloeistoffen, schuimende media en kostbare biologische preparaten.

Peristaltische pomp of slangenpomp: hetzelfde apparaat?

In de laboratoriumpraktijk worden de termen peristaltische pomp en slangenpomp door elkaar gebruikt en beschrijven zij hetzelfde werkingsprincipe: een rotor met rollen die een flexibele slang comprimeren. Het onderscheid dat fabrikanten soms hanteren is schaalgebonden: kleinere, nauwkeurig gestuurde laboratoriumuitvoeringen worden vaker "peristaltische pompen" of "peristaltische doseerpomp" genoemd, terwijl grotere industriële exemplaren voor bulktransport vaker als "slangenpomp" worden aangeduid. Voor de laboratoriumanalist is het onderscheid doorgaans irrelevant: de keuze van slangmateriaal, de kalibratieaanpak en de pulsatiebeheersing zijn bij beide identiek. In dit artikel gebruiken we "peristaltische pomp" als overkoepelende term.

Werkingsprincipe: pillow, void en occlusie

Een peristaltische pomp is een positieve-verdringingspomp. Rollen op een draaiende rotor drukken een flexibele slang tegen de behuizing dicht. Op het moment dat de slang volledig gesloten is, spreekt men van volledige occlusie. Tussen twee opeenvolgende rollen bevindt zich een geïsoleerd volume vloeistof — de zogenoemde pillow — dat door de draaiende beweging naar de perszijde wordt voortgestuwd. Achter de doorgaande rol ontstaat aan de aanzuigzijde een void, een onderdruk die vers medium in de slang zuigt. Het pompmechanisme is daarmee inherent zelfaanzuigend en geeft geen terugstroming zolang de rotor stilstaat: er zijn geen kleppen of afdichtingen nodig.

Werkingsprincipe van een peristaltische pomp: pompkop met drie rollen, pillow en void tussen twee rollen, kalibratiecurve van debiet versus toerental

Het theoretische debiet Q van de pomp volgt uit een eenvoudige relatie:

Q = n · V · N

waarin n het aantal rollen is, V het pillow-volume (dat wordt bepaald door de binnendiameter van de slang en de pompkopgeometrie) en N het toerental van de rotor in omwentelingen per minuut. In de praktijk wijkt het werkelijke debiet altijd iets af van deze theoretische waarde, doordat de slang niet perfect terugveert na compressie, doordat de druk aan de persijde het pillow-volume beperkt, en doordat de slang bij het aanlopen op temperatuur eerst een korte inwerkperiode doormaakt. Om die reden is kalibratie geen luxe maar noodzaak.

Voordelen en beperkingen van de peristaltische pomp

Het werkingsprincipe brengt een aantal eigenschappen met zich mee die de keuze voor of tegen een peristaltische pomp in een specifieke opstelling bepalen.

Voordeel Toelichting
Geen mediumcontact met het pompmechanisme Alleen de slang raakt het medium. Ideaal voor agressieve, steriele of kostbare vloeistoffen.
Zelfaanzuigend Kan droog starten en zuigt tot circa 8 meter waterkolom aan, afhankelijk van slang-ID en mediumdichtheid.
Klepvrij ontwerp Bij stilstand sluit de gecomprimeerde slang als terugslagklep; geen afzonderlijke kleppen die kunnen verstoppen of lekken.
Breed debietbereik via slangkeuze Door wisseling van slang-ID of toerental is hetzelfde apparaat inzetbaar van microliters per minuut tot liters per minuut.
Eenvoudige reiniging en sterilisatie CIP/SIP en single-use slangsets zijn beide haalbaar; zie §Reiniging, sterilisatie en CIP/SIP.
Beperking Toelichting
Pulserende flow Inherent aan het werkingsprincipe; vraagt om demping voor gevoelige analytische toepassingen (zie §Pulsatie).
Slang is slijtageonderdeel Compression set en chemische aantasting vereisen periodieke vervanging en herkalibratie.
Beperkte maximumdruk Laboratoriumuitvoeringen leveren doorgaans 1 tot 2 bar; voor hogere druk zijn zuiger- of membraanpompen geschikter.
Debiet afhankelijk van slangconditie De opbrengst driftt naarmate de slang veroudert; kalibratie is geen eenmalige handeling.

Kalibratie van een peristaltische pomp

Kalibratie is de vertaling van een instelling (toerental, RPM of arbitraire schaalwaarde) naar een werkelijk debiet in ml/min. De standaardaanpak is gravimetrisch: u meet gedurende een vaste tijdsduur het gewicht van de opgevangen vloeistof en herleidt het debiet via de dichtheid van het medium. Deze methode is nauwkeurig, traceerbaar en aansluitend bij de ISO 17025-eisen voor kalibratie van meetapparatuur.

Gravimetrische kalibratie stap voor stap

  1. Plaats de slang, ontlucht de aanvoerzijde en laat de pomp minimaal drie minuten inlopen op het te kalibreren toerental. Verse slangen vertonen de eerste tien tot twintig minuten een lichte drift door zetting van het slangmateriaal.
  2. Zet een tarreerbare weegschaal met een resolutie van ten minste 0,01 g onder de persuitloop. Zie het artikel over laboratoriumbalansen voor de keuze van een geschikt model.
  3. Vang gedurende een vast tijdsinterval (bijvoorbeeld 60 seconden) het effluent op in een tarreervat.
  4. Bepaal het debiet via Q = m / (ρ · t), waarin m het opgevangen gewicht is, ρ de dichtheid van het medium bij de kalibratietemperatuur en t de opvangtijd.
  5. Herhaal de meting minimaal driemaal per toerentalinstelling en bereken het gemiddelde en de standaardafwijking. Een goed gekalibreerde pomp geeft bij een verse slang doorgaans een reproduceerbaarheid van beter dan ±1 procent.
  6. Kalibreer over ten minste drie punten binnen het beoogde toerentalbereik en beschrijf de lineariteit. Voor de meeste laboratoriumpompen is de relatie tussen toerental en debiet lineair over meer dan een decade.

Voor volumetrische kalibratie wordt in plaats van een balans een gekalibreerde maatcilinder of buret gebruikt. Deze methode is sneller maar minder nauwkeurig dan gravimetrische kalibratie en is geschikt voor routinegebruik in schoollab of productie. Zie ook het artikel validatie van analytische methoden voor de bredere context waarin een kalibratie past.

Herkalibratie: frequentie en triggers

Een peristaltische pomp verliest langzaam opbrengst naarmate de slang verslijt. Dit heet compression set: het slangmateriaal veert na verloop van tijd niet meer volledig terug na compressie, waardoor het effectieve pillow-volume afneemt. Voor kwaliteitskritische toepassingen is de gangbare aanbeveling:

  • Bij iedere slangvervanging — de opbrengst kan tussen twee slangen uit dezelfde partij tot enkele procenten variëren.
  • Bij wisseling van medium — dichtheid, viscositeit en zwelling van de slang beïnvloeden het werkelijke debiet.
  • Periodiek in de looptijd — bijvoorbeeld dagelijks bij continue processen, wekelijks bij intermittent gebruik. Voor GLP- of GMP-toepassingen legt u de frequentie vast in het onderhoudsprotocol.
  • Als trigger na een afwijking — bij een CAPA-onderzoek of after-action review is herkalibratie een standaard controlestap.

Moderne pompen met stappenmotor bieden vaak een ingebouwde kalibratieroutine waarbij het toerental automatisch wordt bijgesteld om een gewenst debiet te leveren op basis van een enkele geijkte meting. Deze routines zijn nuttig maar vervangen geen periodieke controle: zij compenseren pas na de vaststelling van de afwijking.

Aandrijving en regeling: DC-motor, stappenmotor en servosystemen

De nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van een peristaltische pomp worden voor een belangrijk deel bepaald door het type aandrijving. In de laboratoriumpraktijk zijn drie uitvoeringen gangbaar.

DC-motor met toerentalregeling

De eenvoudigste uitvoering gebruikt een geborstelde of borstelloze DC-motor met een ingebedde tachogenerator of encoder als terugkoppeling. Het toerental wordt via een PWM-sturing (pulsbreedtemodulatie) stabiel gehouden. DC-pompen zijn relatief goedkoop en compact, maar vereisen periodieke onderhoudscontrole van de koolborstels bij geborstelde uitvoeringen. Bij lage toerentallen — onder circa 5 tot 10 procent van het maximumtoerental — neemt de regelnauwkeurigheid af doordat de terugkoppelsignalen zwak worden. Voor microdosering bij lage flow zijn zij daardoor minder geschikt dan stappenmotor- of servosystemen.

Stappenmotor

Een stappenmotor draait in discrete stappen (typisch 200 of 400 stappen per omwenteling bij half-step aansturing) zonder externe terugkoppeling. Dit maakt de aansturing eenvoudig en de positie deterministisch: elke pulstrein resulteert in een exact aantal rotorgraden. Het praktische voordeel voor de analist is dat het debiet over een groot toerentalbereik lineair en reproduceerbaar is, ook bij zeer lage snelheden. Een bijkomend voordeel is de mogelijkheid om de rotor in een vaste positie te parkeren bij stilstand, wat sifonering door slang-elasticiteit verder reduceert. Het nadeel is dat een stappenmotor bij overbelasting stappen kan overslaan zonder dat de aansturing dit detecteert; voor kritische processen verdient een encoder als controle de voorkeur.

Servosysteem met gesloten regelkring

Hogere laboratoriumklasse- en industriële pompen gebruiken een servomotor met encoder en gesloten regelkring. De werkelijke rotorpositie wordt continu vergeleken met de gewenste positie; afwijkingen worden direct gecorrigeerd. Dit levert de beste prestaties bij wisselende tegendruk, snel wisselen van toerental (ramping) en processen waarbij het debietprofiel in de tijd geprogrammeerd moet worden, zoals gradiëntdosering bij affiniteitschromatografie. Servopompen bieden ook de mogelijkheid om stroom- of koppelbegrenzing in te stellen, wat de slang beschermt bij een plotselinge verstopping in de perslijn.

Peristaltische doseerpomp versus continue pomp

De term peristaltische doseerpomp duidt op een uitvoering waarbij de pomp niet permanent draait maar in afgemeten porties werkt: een exacte hoeveelheid per activering, aangestuurd door een externe trigger (timersignaal, vloeistofniveausensor of handmatige start). Dit onderscheidt haar van een continue pomp die op een ingesteld toerental doorloopt. In de analytische chemie worden doseerversies gebruikt voor het toevoegen van reagentia in flow-injection analysis (FIA) en voor de gecontroleerde additie van titranten bij semi-automatische titraties; zie ook het artikel over pH-meting en titratie. De kalibratieprocedure is identiek aan die van een continue pomp, maar de reproduceerbaarheid van het startmoment (start-up lag) is bij doseerversies een extra aandachtspunt: de eerste fractie van iedere doseerpuls wijkt licht af van het gekalibreerde debiet doordat de slang vanuit stilstand moet worden aangezogen.

Tubing-keuze: chemie, mechanica en levensduur

De slang is het enige onderdeel van een peristaltische pomp dat in contact komt met het medium en tegelijk het slijtageonderdeel. De keuze wordt bepaald door vier factoren: chemische bestendigheid, mechanische eigenschappen, permeabiliteit en levensduur. Voor de belangrijkste materialen — siliconen, Marprene/BTP, PTFE en PharMed/BPT — is de tabel in het overzichtsartikel over laboratoriumpompen een goed startpunt. Hier gaan we dieper in op de mechanische parameters die de levensduur en de reproduceerbaarheid bepalen.

Shore A-hardheid: het venster tussen 50 en 65

Slangen voor peristaltische pompen hebben een Shore A-hardheid die typisch tussen 50 en 65 ligt. Onder de 50 is de slang te zacht: hij houdt de compressievorm en veert onvoldoende terug, waardoor de opbrengst snel afneemt en de rotor uiteindelijk vast kan lopen. Boven de 65 is de slang te hard: de motor moet extra vermogen leveren om de slang dicht te knijpen, de slijtage neemt toe en in sommige gevallen sluit de slang onvolledig — met terugstroming of pulsatie tot gevolg. Bij inkoop van slangenmateriaal is de opgegeven Shore A-waarde daarom een van de eerste specificaties die u naast de chemische bestendigheid controleert.

Slangdiameter en wanddikte

De binnendiameter (ID) van de slang bepaalt samen met de wanddikte en het toerental het debietbereik. Grotere ID's geven hogere debieten maar bij hogere druk ook grotere pulsatie. Een gebruikelijke keuze is:

  • ID 0,5 tot 1,5 mm — microdosering, analytische toepassingen, aanzuig van monsters in ICP-emissiemeting of andere elementanalyse.
  • ID 1,5 tot 3 mm — routinedosering van reagentia, buffers en spoelvloeistoffen; typisch 0,5 tot 50 ml/min.
  • ID 3 tot 8 mm — transfer en recirculatie, ondersteunend werk bij affiniteitschromatografie en FPLC-opstellingen, media-verversing in celkweek.
  • ID > 8 mm — bulktransfer, bioreactor-voeding, industriële slangenpompen.

De wanddikte moet zijn afgestemd op de pompkopgeometrie. Een te dunne wand knijpt onvolledig dicht en levert lekstroom (backflow) op; een te dikke wand maakt volledige occlusie onmogelijk en overbelast de motor. Fabrikanten geven per pompkop de aanbevolen slangdimensies. Wijken van deze specificatie is een frequente oorzaak van vervroegde slijtage.

Chemische compatibiliteit: van veiligheidsinformatieblad tot bendtest

Vóór productiegebruik wordt de chemische bestendigheid van de slang gecontroleerd. Dit gebeurt in drie stappen. Eerst leest u het veiligheidsinformatieblad van het medium en de compatibiliteitstabel van de slangfabrikant. Bij twijfel over de langetermijnbestendigheid — zwelling, verweking, verkleuring — voert u een onderdompelingsproef uit: een stukje slang wordt 24 tot 48 uur ondergedompeld in het te pompen medium, waarna u het vergelijkt met een referentiestukje op verandering in diameter, kleur en flexibiliteit. Zwelling van meer dan enkele procenten is een sterk signaal om een ander materiaal te kiezen.

Voor celkweek en microbiologische toepassingen is naast de chemie ook de extractables and leachables-eigenschap van belang: het lekken van weekmakers of oligomeren uit de slang naar het medium. Voor deze toepassingen zijn PharMed/BPT en gecertificeerde siliconen de standaard, mede omdat ze autoclaveerbaar zijn.

Slanglevensduur schatten

De levensduur van een slang wordt bepaald door het aantal keer dat elk segment gecomprimeerd wordt. Ruwweg geldt:

Aantal compressies per slangpositie = n · N · t

waarin n het aantal rollen is, N het toerental in rpm en t de looptijd in minuten. Voor een slang die bij een driewalsrotor bij 100 rpm continu draait, komt dit neer op 18.000 compressies per uur per slangpunt. Fabrikanten specificeren typische levensduren voor hun tubing in uren bij een referentiedebiet; met deze formule kunt u schatten hoe uw eigen toepassing zich verhoudt. Verlengen van de levensduur bereikt u door lager toerental met een grotere slang-ID (dezelfde flow bij minder compressies), door regelmatig repositioneren van de slang in de pompkop, of door te kiezen voor een pompkop met minder rollen die verder rond de slang lopen.

Pulsatie: oorzaak, gevolgen en beheersing

Elke peristaltische pomp geeft van nature een pulserende flow. De oorzaak is direct terug te voeren op het werkingsprincipe: elke keer dat een rol de slang loslaat en de volgende rol de occlusie overneemt, ontstaat een kortstondige verandering in het uittredend volume. Het resultaat is een debietsignaal met een pulsatiefrequentie gelijk aan n · N — het aantal rollen maal het toerental — en een amplitude die kan oplopen tot 30 procent van het gemiddelde debiet bij een pomp met twee rollen.

Wanneer is pulsatie een probleem?

  • Detectorruis in flow-through analyses zoals ICP-OES of HPLC-postkolomreacties, waar een pulserend aanvoerdebiet zich vertaalt in een periodiek signaal.
  • Nauwkeurige dosering in kleine volumes, waar de fout per pillow relatief groot is ten opzichte van het beoogde eindvolume.
  • Cel- of biomateriaalgevoelige toepassingen waar pulsatie schuifspanning (shear) genereert die de levensvatbaarheid van cellen of de integriteit van eiwitten aantast — zie ook het artikel over DSC van biomoleculen voor de gevoeligheid van biomoleculen voor mechanische stress.
  • Verstoring van drukmetingen in gekoppelde meetsystemen, waar de druksensor de pulsatie meepikt.

Vier strategieën om pulsatie te verminderen

De volgende maatregelen zijn in volgorde van toenemende ingreep in de opstelling:

  1. Meer rollen — pompkoppen met vier, zes of acht rollen verlagen de pulsatie-amplitude aanzienlijk. Een tweewalspomp geeft typisch 20 tot 30 procent debietvariatie, een viwalspomp 10 tot 15 procent en een zeswalspomp minder dan 5 procent. De keerzijde is dat het aantal compressies per slangsegment toeneemt, waardoor de slanglevensduur korter wordt.
  2. Pulsatiedemper — een gesloten vat met luchtkussen in de persleiding werkt als een mechanische lowpass-filter: de samendrukbare luchtcolonne absorbeert de pieken. Correct gedimensioneerd reduceert dit de pulsatie met 80 tot meer dan 90 procent. Belangrijk is dat inlaat- en uitlaatpoorten aan de onderzijde van het vat zitten, zodat de lucht gevangen blijft boven de vloeistof.
  3. Meerkanaalsopstelling met faseverschuiving — bij pompen met twee of meer parallelle slangen die met een fasegat van 180 graden op de pompkop staan, vullen de pillows van het ene kanaal de voids van het andere. Verbinden met een Y-stuk aan aanzuig- en perszijde levert een tot 90 procent gladder gecombineerd debiet op.
  4. Langere persleiding of dempende reservoirs — een langere slang aan de persijde dempt via elasticiteit een deel van de pulsatie; een tussenliggend reservoir werkt als hydraulische capacitor. Voor gevoelige analytische toepassingen zoals ionenchromatografie is deze passieve demping in combinatie met een pulsatiedemper de standaard.

Systeemintegratie: aanzuighoogte, druk en drooglopen

Een peristaltische pomp is zelfaanzuigend en kan doorgaans 3 tot 8 meter waterkolom aanzuigen, afhankelijk van de slang-ID en de dichtheid van het medium. Bij aanzuigen van viskeuze media of oplossingen met opgeloste gassen is een vacuüm-onthouder in de aanzuigleiding aan te raden om cavitatie te voorkomen. De maximale opvoerhoogte en druk aan de perszijde variëren per pompkop en slangmateriaal: eenvoudige laboratoriumuitvoeringen halen 1 tot 2 bar, industriële slangenpompen tot 15 bar of meer.

Droogloop: mag het en wanneer?

Peristaltische pompen kunnen zonder directe schade aan het pompmechanisme droog draaien, omdat het pompmechanisme geen contact heeft met het medium. Toch is langdurig droogdraaien af te raden: de slang wordt door wrijvingswarmte inwendig extra belast en de compression set neemt versneld toe. Voor onbewaakte langdurige processen zijn de volgende beveiligingen gebruikelijk:

  • Een niveausensor of vlotter op het voorraadvat die de pomp uitschakelt bij leegloop.
  • Een flowsensor of drukschakelaar aan de perszijde die een alarm afgeeft bij afwezigheid van vloeistof.
  • Een tijdschakelaar die de pomp beperkt tot een voorziene batchduur.

Terugstroming, sifonering en veiligheid

Bij stilstand geeft de volledige occlusie automatisch een kleppenloze terugslag: er is geen terugstroming zolang de rotor niet draait. Bij een grote hoogteverschil tussen voorraad en uitgangspunt kan wel sifonering optreden: als de perszijde lager ligt dan de aanzuigzijde en het niveau boven de pomp zit, kan de vloeistof onder invloed van de zwaartekracht door de dichtgeknepen slang siepelen, met name naarmate de slang veroudert. Een fysiek geplaatste terugslagklep in de persleiding is dan de eenvoudigste veiligheidsvoorziening. Bij het pompen van brandbare of vluchtige media let u ook op de ATEX-classificatie van de pomp en het pompmateriaal.

Reiniging, sterilisatie en CIP/SIP

Voor steriele toepassingen zijn twee methoden gebruikelijk. De eenmalige aanpak (single-use) is standaard in de biotechnologie: de complete slangset — vaak inclusief filters en aansluitingen — wordt gesteriliseerd geleverd, na gebruik verwijderd en vervangen. Dit sluit kruisbesmetting uit en elimineert de reinigingsvalidatie. De hergebruikaanpak maakt gebruik van CIP (Cleaning In Place) en SIP (Sterilization In Place) protocollen: de opstelling wordt zonder demontage gereinigd en gesteriliseerd. Voor SIP met stoom is doorgaans een siliconen- of PharMed-slang nodig die 30 minuten stoom bij 121 °C verdraagt. Voor CIP wordt meestal eerst gespoeld met gedemineraliseerd water, dan met een verdunde loog, dan met een verdund zuur, en tenslotte weer met water. Zie ook het artikel over laboratorium-reinigingsmiddelen voor de keuze van reinigers.

Storingen en systematische diagnose

De meestvoorkomende storingen bij een peristaltische pomp zijn af te leiden uit één van drie oorzaken: de slang, de aansturing of de aanzuig. Onderstaande tabel is een korte diagnosegids die u ook in een CAPA-onderzoek of risicoanalyse als checklist kunt gebruiken.

Symptoom Meest waarschijnlijke oorzaak Corrigerende actie
Debiet lager dan gekalibreerd Slang veroudert (compression set); occlusie onvolledig Slang vervangen; hercalibreren; occlusie-instelling controleren
Debiet neemt geleidelijk af tijdens looptijd Slang verlengt of zwelt; verstopping in aanzuigfilter Slang inspecteren, filter reinigen of vervangen
Onregelmatig of stotterend debiet Luchtinsluiting; slang niet correct geplaatst Systeem ontluchten; slang herpositioneren in pompkop
Lekkage bij de aansluitingen Slang uitgezet door zwelling; slangklem los Materiaalcompatibiliteit controleren; klem opnieuw aandraaien of vervangen
Rotor loopt vast of piept Slang te hard (Shore A boven venster); occlusie te strak ingesteld Zachtere slang of grotere ID kiezen; occlusie afstellen
Sterke pulsatie Te weinig rollen; geen demper; te korte perszijde Pompkop met meer rollen; pulsatiedemper installeren
Verkleuring of kleefigheid in slang Chemische aantasting door medium Ander slangmateriaal selecteren; onderdompelingsproef uitvoeren

Toepassingsgebieden in het laboratorium

De peristaltische pomp is bij uitstek geschikt voor situaties waarin het medium en het pompmechanisme gescheiden moeten blijven. In de praktijk komt u de pomp in de volgende toepassingen tegen:

  • Chromatografie — als aanvoerpomp voor buffers en spoelmedia bij low-pressure FPLC, affiniteitschromatografie en voor sample-loading in preparatieve HPLC.
  • Elementanalyse — de aanzuigpomp voor monsters in ICP-OES en ICP-MS, met precies gedefinieerde slang-ID's voor een reproduceerbaar monsteraanbod bij de vernevelaar.
  • Bioreactoren en fermentoren — voor voedings- en zuurafname, media-verversing en perfusie in bioreactor- en fermentatietoepassingen, waar steriliteit doorslaggevend is.
  • Celkweek — media-vervanging en perfusieopstellingen in celkweektechnieken, waar shear en steriliteit een rol spelen.
  • Waterkwaliteit — als bemonsteringspomp bij low-flow bemonstering van grondwater en oppervlaktewater, waarbij lage debieten (0,1 tot 0,5 l/min) en representatieve matrix belangrijk zijn.
  • Titratie en dosering — als peristaltische doseerpomp voor semi-automatische titratie en additiefdosering; zie voor de vergelijking met zuigerpompen het artikel pH-meting en titratie.
  • Farmaceutische productie en biopharma — in GMP-omgevingen zijn peristaltische pompen standaard voor de overdracht van bulkoplossingen, vloeibare grondstoffen en eindproducten, omdat de slang als single-use component kruisbesmetting uitsluit en reinigingsvalidatie vereenvoudigt. Typische uitvoeringen zijn gecertificeerd voor USP Class VI en extractables-and-leachables-eisen.
  • Voedingsmiddelen- en drankenindustrie — voor het transport van sauzen, concentraten, gistingsvloeistoffen en andere viskeuze of deeltjeshoudende media waarbij pomponderdelen niet in contact mogen komen met het product. De slangpomp verdraagt suspensies en zachte vaste deeltjes zonder beschadiging, in tegenstelling tot tandwiel- of centrifugaalpompen.
  • Waterzuivering en milieubemonstering — als doseerpompen voor flocculanten, coagulanten en desinfectiemiddelen, en als lage-flow bemonsteringspompen voor grondwater en oppervlaktewater; zie ook de toepassingsbeschrijving onder waterkwaliteit hierboven.

Veelgestelde vragen

Hoe kalibreer ik een peristaltische pomp?

De standaardmethode is gravimetrisch: laat de pomp bij het gewenste toerental gedurende een vaste tijdsduur (bijvoorbeeld 60 seconden) op een tarreerde balans lopen, weeg het opgevangen medium en herleid het debiet via Q = m / (ρ · t). Herhaal de meting minimaal driemaal en over ten minste drie toerentalpunten. Voor routinecontrole kunt u ook volumetrisch kalibreren met een gekalibreerde maatcilinder, wat sneller maar minder nauwkeurig is.

Hoe vaak moet ik een peristaltische pomp kalibreren?

Er zijn drie standaardmomenten: bij iedere slangvervanging, bij wisseling van het medium en periodiek volgens uw kwaliteitsprotocol (dagelijks bij continue processen, wekelijks bij intermittent gebruik). Voor GLP- of GMP-omgevingen legt u de frequentie vast in het onderhoudsplan en documenteert u de resultaten in het kwaliteitssysteem.

Welke slang moet ik kiezen voor mijn peristaltische pomp?

De keuze wordt bepaald door drie factoren: het te pompen medium (chemische bestendigheid volgens het veiligheidsinformatieblad), het benodigde debiet (bepaalt de binnendiameter) en de toepassing (steriel of niet, temperatuur, autoclaveerbaar). Kies binnen de Shore A-hardheid van 50 tot 65 en houd de door de pompfabrikant opgegeven wanddikte aan. Voor waterige oplossingen en bufferoverdracht is siliconen doorgaans afdoende; voor oplosmiddelen en agressieve chemicaliën komen Marprene/BTP of PTFE-samengestelde slangen in aanmerking; voor farmaceutische en celkweektoepassingen zijn PharMed/BPT en gecertificeerde siliconen de standaard.

Wat is de levensduur van een slang in een peristaltische pomp?

De levensduur wordt uitgedrukt in uren bij een referentiedebiet en varieert van enkele tientallen uren voor zachte siliconen bij hoge belasting tot enkele duizenden uren voor thermoplastische elastomeren zoals Marprene onder mildere condities. In de praktijk vervangt u de slang bij de eerste zichtbare tekenen van slijtage (verkleuring, zwelling, uitzetting) of wanneer de gekalibreerde opbrengst met meer dan uw toegestane afwijking daalt, bijvoorbeeld meer dan 5 procent.

Hoe verminder ik pulsatie in een peristaltische pomp?

Er zijn vier standaardmaatregelen: kies een pompkop met meer rollen (vier tot acht in plaats van twee tot drie), installeer een pulsatiedemper (gesloten vat met luchtkussen) in de persleiding, gebruik een meerkanaalsopstelling met faseverschuiving of verleng de persleiding en voeg een tussenreservoir toe. Voor gevoelige analytische detectie kunt u meerdere maatregelen combineren.

Waarom is mijn opbrengst lager dan de nominale specificatie?

De drie meest voorkomende oorzaken zijn: (1) een verouderde slang met compression set, waardoor het effectieve pillow-volume afneemt; (2) een verhoogde tegendruk aan de perszijde, die het pillow-volume comprimeert; en (3) een gedeeltelijke verstopping van de aanzuigleiding of aanzuigfilter. Kalibreer opnieuw na het aanpakken van de oorzaak en documenteer de bevinding in uw CAPA-log als het een terugkerende afwijking betreft.

Kan een peristaltische pomp tegen tegendruk werken?

Ja, maar met beperkingen. Laboratorium-uitvoeringen leveren doorgaans 1 tot 2 bar tegendruk; industriële slangenpompen halen tot 15 bar of meer. Bij toenemende druk daalt het effectieve pillow-volume omdat de slang na de rol niet volledig terugveert vóór de volgende occlusie. Voor toepassingen met significante tegendruk (bijvoorbeeld doorstroming door een gepakte kolom) verifieert u de opbrengst bij de werkelijke tegendruk in plaats van bij atmosferische uitgang.

Waarom heeft een peristaltische pomp geen kleppen nodig?

De volledige occlusie van de slang tussen rol en behuizing sluit de slang hermetisch af. Zolang de rotor stilstaat, is er dus geen doorgang mogelijk in beide richtingen: de dichtgeknepen slang werkt als een geïntegreerde terugslagklep. Dit is een fundamenteel voordeel ten opzichte van zuiger-, membraan- en tandwielpompen, die alle op één of meer kleppen aangewezen zijn en waarbij een defect klepje direct tot lek- en terugslagverliezen leidt.

Kan ik dezelfde peristaltische pomp gebruiken voor verschillende media?

In principe wel, mits u tussen media grondig doorspoelt, de slang eventueel vervangt (in het bijzonder bij overgang naar een medium waaraan de vorige slang niet is aangepast) en na iedere wissel opnieuw kalibreert. Voor kwaliteitskritische processen is een aparte pomp of aparte slangset per medium aan te raden om kruisbesmetting uit te sluiten.

Kunnen peristaltische pompen continu draaien?

Ja, peristaltische pompen zijn in principe geschikt voor continu bedrijf, maar de slanglevensduur is de beperkende factor. Bij een driewalsrotor op 100 rpm loopt het aantal compressies per slangsegment op tot circa 18.000 per uur; bij continu gebruik over meerdere dagen telt dit snel op. In de praktijk hanteert u voor continue processen de volgende maatregelen: kies een grotere slang-ID bij een lager toerental om dezelfde flow met minder compressies te realiseren, stel een preventief wisselinterval in op basis van de fabrieksspecificatie voor het gekozen slangmateriaal, en bewaken het debiet met een flowsensor of gravimetrische controle zodat een dalende opbrengst tijdig wordt gesignaleerd. Bij onbewaakte continue processen is een niveaubeveiliging op het voorraadvat en een tijdschakelaar als veiligheidsnet aan te raden; zie §Droogloop: mag het en wanneer? voor de details.

Zijn peristaltische pompen eenvoudig te onderhouden?

Vergeleken met de meeste andere positieve-verdringerspompen is het onderhoud van een peristaltische pomp beperkt, om twee redenen. Ten eerste heeft de pomp geen inwendige kleppen, zuigers of afdichtingen die slijten of lekken: het enige slijtageonderdeel is de slang, die zonder gereedschap in een tot twee minuten gewisseld kan worden. Ten tweede hoeft de pompkop niet gedemonteerd te worden voor reiniging: CIP-protocollen (spoelen met water, loog en zuur door de draaiende pomp) reinigen het volledige vloeistofpad zonder demontage. De onderhoudslast bestaat in de praktijk uit drie terugkerende handelingen: periodieke slangvervanging op basis van looptijd of gekalibreerde opbrengst, periodieke kalibratie na iedere slangwissel en het schoonhouden van de pompkop en rotor (verwijdering van lekkend medium bij slangbreuk). Voor onbewaakte continue processen is een flowsensor of niveaubeveiliging aan te raden als vroegtijdige waarschuwing bij slangfalen; zie §Droogloop: mag het en wanneer? voor de aanbevolen beveiligingen.

Kan een peristaltische pomp lucht verplaatsen?

Ja, een peristaltische pomp kan lucht en andere gassen verplaatsen, omdat het werkingsprincipe niet afhankelijk is van de compressibiliteit of viscositeit van het medium: de rotor comprimeert de slang mechanisch en stuwt elke inhoud van de pillow voort, of dat nu vloeistof of gas is. In de praktijk wordt dit op twee manieren benut. Ten eerste is de pomp zelfaanzuigend: bij het opstarten van een droge opstelling perst zij de aanwezige lucht uit de aanzuigleiding en begint zij vloeistof aan te zuigen zodra het vloeistoffront de inlaat bereikt; ontluchten hoeft niet apart te worden uitgevoerd. Ten tweede kan een peristaltische pomp worden ingezet voor het doseren van gasbellen in vloeistofstromen, bijvoorbeeld bij bellentellingen of gasinjectie in bioreactoren. Beperkingen zijn er wel: bij een groot aandeel opgeloste gassen in het medium kan cavitatie optreden aan de aanzuigzijde, waarbij de onderdruk achter de rol gasbellen doet vrijkomen die het debiet verstoren. Een vacuüm-ontgasser of kortere aanzuigleiding lost dit in de meeste gevallen op; zie §Systeemintegratie: aanzuighoogte, druk en drooglopen voor de details.

Wat is het verschil tussen kalibratie en verificatie?

Kalibratie is de vaststelling van de relatie tussen instelling en werkelijk debiet, doorgaans over meerdere punten en herhaalde metingen. Verificatie is een enkele controle of het gekalibreerde apparaat binnen de toegestane afwijking blijft. Zie voor de bredere context validatie van analytische methoden: kalibratie en verificatie zijn beide onderdelen van methodevalidatie.

Welke pomp is beter voor pulsatievrije flow: peristaltisch of syringe?

Voor absoluut pulsatievrije doorstroming is een spuit- of zuigerpomp superieur: de constante zuigersnelheid geeft een vlakke debietprofiel. Nadelen zijn het beperkte volume (bepaald door de spuitinhoud) en het onderbreken bij bijvullen. Voor continue doorstroming met minimale pulsatie is een peristaltische pomp met vier tot acht rollen in combinatie met een pulsatiedemper doorgaans afdoende. De keuze hangt af van de looptijd, het volume en de gevoeligheid van de detectie. Voor microfluidische toepassingen zijn beide varianten in gebruik; zie voor de details UHPLC en aanverwante artikelen.

Gerelateerde producten

Bekijk voor uw toepassing het assortiment peristaltische pompen en slangenpompen, de bijbehorende slangen en toebehoren en voor volumetrische kalibratie het maatglaswerk. Voor combinatie met filtratie na of vóór de pomp is de rubriek filtratie-apparatuur een startpunt. Neem contact op voor advies over de juiste pomp-slangcombinatie voor uw specifieke medium en toepassing.


Disclaimer: De informatie in dit artikel is bedoeld als algemene technische toelichting. Canidae Seal B.V. / Labvakhandel.nl aanvaardt geen aansprakelijkheid voor de toepassing van deze informatie in specifieke analytische, klinische of industriële situaties. Raadpleeg voor uw eigen toepassing altijd de geldende normen, vakliteratuur en de documentatie van fabrikant en apparatuur.

Bestellijst

Uw winkelwagen is leeg.